喀斯特树轮记录的土壤侵蚀历史研究

在贵州中部典型喀斯特石漠化区选择2个试验样地进行树轮地貌学研究,通过对样地内计22对裸露和非裸露树根进行野外测定并取样进行室内测试,表明：喀斯特裸露根系记录了土壤侵蚀结果,裸露树根解剖结构显示土壤侵蚀发生时树根细胞生长发生明显变化,显示出年轮突然变窄、细胞明显减小、或者早材细胞数量减少等,同时,纤维面积、导管管胞面积也发生显著下降,多达70.66%,少则39.20%,而这种变化仅只与土壤侵蚀有关,结合树根年龄测定,得到土壤侵蚀发生的准确时间,并据此计算出样地尺度土壤侵蚀的动态过程,其中普定土壤侵蚀量发生在2002-2007年之间,平均侵蚀速率为每年0.484 t;贞丰土壤侵蚀发生在2005-2007年之间,平均侵蚀速率为每年0.051 t。树轮记录的土壤侵蚀不仅可以同一个物种进行测定,还可以多物种共同记录,这为以多物种阔叶混交林为主要植被的喀斯特土壤侵蚀记录的研究提供了强有力的方法;而树轮记录的土壤侵蚀量大大大于径流场监测的流失量,显示喀斯特地下流失为主,流失量占总土壤侵蚀量的2/3。     

基于允许流失量和正负地形源汇理论的喀斯特关键带土壤侵蚀研究

喀斯特地区下垫面的特殊复杂性使得地表发生显著坡面径流需要达到更大的降水累积阈值,碳酸盐岩岩石成土速率的缓慢和空间异质性导致喀斯特地区的土壤存量被严重高估和均一化等,因此,传统经典的土壤侵蚀模型在喀斯特地区难以适用。本文依据喀斯特关键带岩性的差异,确定其有效降水侵蚀阈值,并对降雨侵蚀力进行重新测算;根据碳酸盐岩化学成分的差异,计算其成土速率并作为土壤允许流失量;通过地貌—水文分析法提取喀斯特洼地空间分布信息,对喀斯特关键带土壤侵蚀算法进行多次改进和创新。结果显示：① 传统算法忽视了喀斯特关键带下垫面的特殊性,致使其平均降雨侵蚀力被高估47.35%,且喀斯特区域的平均降雨侵蚀力仅相当于非喀斯特区域的59.91%;② 传统算法可能将一些无土或少土可流区计算为土壤的高侵蚀量区,而连续性碳酸盐岩、碳酸盐岩夹碎屑岩、碳酸盐岩与碎屑岩互层的土壤允许流失量仅分别为0.21 t ha^-1 yr^-1、1.2 t ha^-1 yr^-1、2.89 t ha^-1 yr^-1;③ 传统算法通常将有坡度和耕作的洼地视为土壤侵蚀的高发区,但其实际应是地表侵蚀的沉积区,喀斯特洼地在空间上的连续性与碳酸盐岩的分布区基本重合;④ 传统算法高估土壤侵蚀面积27.79%,土壤侵蚀量47.72%。总之,传统经典模型会大大高估喀斯特地区的土壤侵蚀量,因此,应该建立一种精确适用的模型。另外,由于喀斯特地区的成土速率慢而土层薄、总量少,土壤允许流失量远低于非喀斯特区域侵蚀标准,应制定适用于喀斯特地区的土壤侵蚀分类分级标准和风险评价方法。     

海南省松涛水库流域土壤侵蚀及控制方案

采用RS和GIS技术,基于USLE方程实现了热带地区海南岛松涛水库流域2003~2005年平均土壤侵蚀的定量模拟,通过情景分析研究了流域土壤侵蚀控制方案。结果表明:流域内潜在土壤侵蚀量约为4261万t/a,超过容许土壤流失量的60倍;在植被的保护下,现有年均土壤侵蚀量约为51.46万t/a,主要集中在退化的林地、浆纸林和橡胶林;流域平均土壤侵蚀模数略低于容许土壤流失量,但空间分布不均,部分区域侵蚀发育强烈;如对经济林、园地和耕地采取水土保持措施或恢复林草植被,能有效控制流域内土壤侵蚀,分别减少侵蚀量22.46万t和14.15万t,减少侵蚀面积98.48km²和65.90km²。     

白云岩喀斯特侵蚀坡地的~(137)Cs法研究

在黔南峰丛洼地区林间白云岩坡地应用137Cs法研究土壤侵蚀。4个坡面采样样方的137Cs面积浓度都低于137Cs本底值浓度;表土样137Cs浓度随着坡长增加而增大,全样137Cs面积浓度的顺坡变化呈逐步下降趋势;应用137Cs农耕地侵蚀模型计算获得样点土壤侵蚀量后,加以坡长加权平均计算获得的坡长权重土壤位移量为2.045 t/(km2·a)。同时在坡脚的土壤分层剖面中的137Cs浓度峰值在土壤次表层出现,随着深度增加呈指数递减变化,属于未受耕作扰动的无侵蚀非农耕地,但表层含有相对低浓度137Cs是坡面侵蚀泥沙的搬运堆积结果,估算距1963年以来侵蚀泥沙年平均堆积厚度为0.0682~0.1364 cm/a。坡地土壤侵蚀速率远小于以往贵州喀斯特地区典型喀斯特小流域和坡地的观测结果,但坡脚泥沙堆积速率远大于坡地土壤侵蚀速率。表明季节性暴雨、坡面降雨汇流和耕作侵蚀等侵蚀作用使喀斯特坡地土壤颗粒出现微距离位移,长期则在坡脚出现显著的侵蚀泥沙堆积。     

基于遥感和GIS的黄土高原中阳县土壤侵蚀评价

黄土高原地区是我国水土流失最严重的地区,定量评价土壤侵蚀量、土壤侵蚀强度及其空间分布特征,可以为水土流失防治措施的制定提供依据.基于遥感和GIS,应用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)对山西中阳县土壤侵蚀进行评价.结果表明,中阳县平均土壤侵蚀模数为2 874.25t/(km2·a),属于中度侵蚀地区,年平均土壤侵蚀量408.78×104 t.发生中度以上土壤侵蚀面积占总面积的29.95％,土壤侵蚀量占总侵蚀量的85.61％,这部分土地是土壤侵蚀防治的主要区域.黄土区发生轻度以上土壤侵蚀面积大,所占比例多,侵蚀程度严重.微度土壤侵蚀面积以有林地为主,轻度和中度土壤侵蚀面积主要是未成林造林地和灌木林地,发生强烈以上土壤侵蚀面积主要是疏林地、未利用地、灌木林地和农田,土地类型、植被覆盖与土壤侵蚀有着密切关系,林业生态工程建设对于中阳县控制水土流失和改善生态环境有着重要作用.     

基于遥感和137Cs方法的半干旱草原区土壤侵蚀量估算

结合遥感地学分析方法和地球化学放射性同位素——137Cs示踪技术对青藏高原东北部共和盆地塔拉滩草原地区的土壤风蚀量进行估算。利用遥感数据获取研究区土壤侵蚀强度相对等级图斑,在不同等级侵蚀空间信息中选取137Cs样品采集点,并测定土壤样品中的137Cs含量,以此确定不同等级侵蚀类型的土壤侵蚀量。结果表明,在本研究区发生的风力侵蚀强度不大,主要属于微度侵蚀和轻度侵蚀类型,分别占研究区总面积的47.12%和35.58%,二者占研究区总面积的82.70%,侵蚀模数介于220.28~580.13 t·km-2·a-1之间;只有极小区域发生了强烈以上侵蚀,面积为22.14 km2。在本区还发生强烈的堆积过程,出现大面积的风沙堆积区域,面积约322.67 km2,占研究区总面积的11.78%。本区年均土壤总侵蚀量约为87~115万t,总堆积量约为55~78万t,平均每年由塔拉滩向龙羊峡水库输入的土壤量约为32~37万t。此方法可以对干旱环境中土壤风力侵蚀进行快速的较为客观的估算,具有一定的应用前景。     

基于RUSLE的卧虎山水库流域土壤侵蚀特征分析

通过RUSLE模型对卧虎山水库流域土壤侵蚀进行全面评价验证和总结。结果表明：① 水库流域平均侵蚀模数为462 t/(km²·a),该数值与通过水库淤积等资料推算评估结果基本一致,表明本研究结果具有较高的可信度;水库流域年均侵蚀量达到2.6×10⁶t,其中高于容许土壤流失量的面积为176 km²,占到流域总面积的31.51%。从不同侵蚀级别来看,占流域面积27.77%的轻度侵蚀,对流域侵蚀总量的贡献率为54.64%; 面积占比3.74%的中度及以上侵蚀,侵蚀量贡献率达到30.94%。② 流域内土壤侵蚀空间差异较大,回归分析发现地形因子是导致各子流域土壤侵蚀模数差异的主要因素;就土地利用类型而言,旱地和农村居民点是流域内的主要侵蚀土地利用类型;流域内土壤侵蚀模数随着坡度增加呈现相应增大趋势,8°~25°坡度段面积比例不仅最大,而且侵蚀量占比最高,是水库流域的主要侵蚀坡度段。     

基于RS的岷江流域土壤侵蚀变化及其驱动力分析

依据1995年、2000年土壤侵蚀遥感数据并结合2005年实地调查资料,研究岷江流域土壤侵蚀演变规律及其驱动力。研究结果表明:1)2000年岷江流域土壤侵蚀面积为19 907.7 km2(比1995年减少369.6 km2),占流域面积的43.77%,土壤侵蚀量为8 943.26万t,平均侵蚀模数1 966 t/(km2.a),以水蚀和中度侵蚀为主。2)选择降雨变化、土地利用变化、植被覆盖度变化3个自然因素和人口密度、万元GDP(作为经济发展指标)2个社会发展指标作为研究区土壤侵蚀变化的驱动因素。结果表明:2000年降雨侵蚀力对土壤侵蚀的影响是1995年的71%;森林覆盖率每增加1%,土壤侵蚀模数减少0.4%~7%,平均减少53 t/(km2.a);林地、草地面积之和与土壤侵蚀面积呈明显的线性相关,旱地面积与土壤侵蚀面积呈二次函数关系;土壤侵蚀面积、土壤侵蚀量与万元GDP呈指数关系;单位人口密度和县域土壤侵蚀面积与土壤侵蚀量均呈幂指数关系。     

广西中亚热带喀斯特区和非喀斯特区两类森林生物多样性的对比研究

天然喀斯特森林可以承载很高的生物多样性,但相同气候带的天然喀斯特森林与非喀斯特森林的生物多样差异还很少被人们了解。我们以广西木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林1ha样地和非喀斯特的猫儿山常绿阔叶林1ha样地的所有胸高直径dbh≥1cm木本植物调查数据为基础,对广西中亚热带喀斯特区和非喀斯特区两类森林生物多样性进行对比。结果显示,喀斯特森林的物种丰富度（120种）高于非喀斯特森林（116种）,喀斯特森林的科、属多样性（44科,89属）高于非喀斯特森林（40科,75属）。种面积曲线的z值的变化表明,小尺度时（＜4000 m2）,木论样地的物种累积速率低于猫儿山样地,而尺度较大时,木论样地的物种累积速率要高于猫儿山样地。喀斯特森林的物种多度（5098）大于非喀斯特森林（4457）,稀有种的比例也是喀斯特森林（20%）高于非喀斯特森林（10.3%）,但喀斯特森林的胸高断面积（18.47 m2）明显小于非喀斯特森林（30.74 m2）。两种森林的径级结构没有表现出显著差异。两种森林中重要值排前10的优势科和属完全不同,重要值排前20的优势种也完全不同。以上结果表明,广西中亚热带森林可以承载较高的生物多样性,且生物多样性的空间变异程度较高,物种组成与非喀斯特森林差异较大。研究结果暗示我们,进行喀斯特植被恢复时,需要特别注意物种的筛选,应该参照当地天然林的物种组成,尽量选择优良的乡土适生植物。     

基于根系解剖结构的金沙江干热河谷土壤侵蚀速率估算

基于侵蚀过程会导致树木生长环境变化,进而改变根系生长生理特征的基本研究思想,以金沙江干热河谷龙川江流域为典型区,从树根细胞解剖结构和组合特征的变异中提取土壤侵蚀信息,探索和发展了基于树木生理生态的土壤侵蚀研究新方法与技术。结果表明,不同侵蚀强度下根系的年轮分布特征不一致,其中偏心率大小顺序为:局部暴露根系>浅埋根系>完全暴露根系,且偏心率与根系以上土层厚度、暴露程度存在显著性相关;根系导管面积是反演侵蚀过程的敏感指标,早材导管面积的变异是确定根系暴露时间的重要依据之一;龙川江流域土壤流失厚度为1.47~4.47 mm/a,平均侵蚀模数约为3 692 t(/km2.a)。     

喀斯特石牙出露侵蚀地的相关土壤化学组成特性分析研究

为探讨石牙裸露地土壤化学性质的相关问题,在滇中石林镇天生桥大箐角的喀斯特石牙裸露侵蚀同一坡地,选取了石牙出露率不同的3个对比样地,采样分析了喀斯特石牙裸露侵蚀坡地的相关土壤化学组成特征。研究结果表明,该侵蚀地土壤化学组成特征受其石牙基岩的成土特性的继承关联性影响;石牙出露覆盖度不同的样地间,土壤剖面的部分化学成分值的变化幅度与变化趋势,均呈现出了明显差异性。原因可能与石牙出露过程中侵蚀环境因素导致对土壤性状影响有关。     

广西中亚热带喀斯特区和非喀斯特区两类森林生物多样性的对比研究（英文）

天然喀斯特森林可以承载很高的生物多样性,但相同气候带的天然喀斯特森林与非喀斯特森林的生物多样差异还很少被人们了解。我们以广西木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林1ha样地和非喀斯特的猫儿山常绿阔叶林1ha样地的所有胸高直径dbh≥1cm木本植物调查数据为基础,对广西中亚热带喀斯特区和非喀斯特区两类森林生物多样性进行对比。结果显示,喀斯特森林的物种丰富度(120种)高于非喀斯特森林(116种),喀斯特森林的科、属多样性(44科,89属)高于非喀斯特森林(40科,75属)。种面积曲线的z值的变化表明,小尺度时(4000 m2),木论样地的物种累积速率低于猫儿山样地,而尺度较大时,木论样地的物种累积速率要高于猫儿山样地。喀斯特森林的物种多度(5098)大于非喀斯特森林(4457),稀有种的比例也是喀斯特森林(20%)高于非喀斯特森林(10.3%),但喀斯特森林的胸高断面积(18.47 m2)明显小于非喀斯特森林(30.74 m2)。两种森林的径级结构没有表现出显著差异。两种森林中重要值排前10的优势科和属完全不同,重要值排前20的优势种也完全不同。以上结果表明,广西中亚热带森林可以承载较高的生物多样性,且生物多样性的空间变异程度较高,物种组成与非喀斯特森林差异较大。研究结果暗示我们,进行喀斯特植被恢复时,需要特别注意物种的筛选,应该参照当地天然林的物种组成,尽量选择优良的乡土适生植物。     

对云南新平大红山铁矿区土壤侵蚀预测技术的初步研究

采用基于3S技术的定量遥感方法,探索获得了云南新平大红山铁矿区土壤流失预测方法,主要包括预测模型和侵蚀因子算式与算法的雏形。结果表明,全区土壤流失面积5.53km2,占矿区总面积的65.07%,年土壤流失量4.83×104t。矿区50年之后,土壤流失面积变化不大,年流失量下降为2.74×104t,减少了43.27%。完成土地生物复垦后的土壤流失变化趋势是强度及其以上级别的土壤侵蚀量降低,中度及其以下的侵蚀量增加。本预测技术有快速、经济的特点,经过补充、完善后在云南矿区有广阔的运用推广前景。     

岩溶坡地土壤侵蚀强度的137 Cs法研究

在重庆南部南川市境内,按不同侵蚀强度取137Cs样品,用于研究岩溶坡地不同侵蚀程度的土壤侵蚀强度与特征。结果表明,林草地侵蚀速率变化范围49.3 t/(km2.a)~230.5 t/(km2.a),平均侵蚀速率112.5 t/(km2.a);缓坡耕地侵蚀速率变化范围190.3~1 138.4 t/(km2.a),平均565.5 t/(km2.a);陡坡耕地的侵蚀速率变化范围为452.0~3 759.4 t/(km2.a),平均2 264.8 t/(km2.a)。与黄土高原和紫色土区相比,岩溶区侵蚀速率较小。     

喀斯特小流域分布式土壤侵蚀估算模型

为了准确估算喀斯特小流域土壤侵蚀量,根据喀斯特山区小流域复杂地貌特征、径流与侵蚀产沙在垂直方向上的差异性,以栅格DEM为基础,建立了由水文模块和侵蚀模块组成的喀斯特小流域分布式土壤侵蚀模型.其中水文模块选取了改进的喀斯特流域SCS产流模型进行产流量计算,改进的喀斯特流域DHSVM汇流模型进行小裂隙渗流、大裂隙以及管道(地下暗河)流汇流计算.侵蚀模块考虑侵蚀产沙在垂直方向上侵蚀特征的差异性,在典型区域野外调查的基础上,设计室内模拟试验,并对试验数据进行多元线性回归、逐步回归和多元非线性回归分析,建立不同坡度条件下土壤侵蚀模数的多因子模型(非线性回归模型达到极显著或非常显著水平,0.692＜R2＜0.988)进行产沙量计算,并运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算.该模型与GIS结合可实现对土壤侵蚀的时空分布过程进行模拟,为加深对该区域土壤侵蚀过程及模型研究提供参考.     

广东鹤山赤红壤坡地林茶利用模式的水土保持效应

野外观测试验于1997年在广东省鹤山茶叶科技研究所的赤红壤坡地上进行，试验设计了人工林下地表覆盖（A）、人工林下地表裸露（B）、等高梯田种植茶树（C）和等高梯田裸地对照（CK）4个处理，采用自制的径流收集器分别测定了各处理4场降雨的径流深度、径流系数、水土流失量和侵蚀量等指标，结果表明，CK的平均径流深度高产田3.72mm/10mm，降水流失率为37.2%，平均每10mm降雨的土壤侵蚀量为43.6kg.hm^-2，年土壤侵蚀模数为7.42t.hm^-2；其它3个不同植被覆盖处理的地表径流量比裸地对照降低2.20%-67.08%，平均土壤侵蚀量减少43.81%-90.83%；林下地表覆盖处理的保土效果果好，等高梯田种植茶树处理的保水效果最好。     

黑土坡耕地土壤有机质空间变异及其与土壤侵蚀的关系——以黑龙江省鹤山农场为例

选取黑龙江省鹤山农场面积为0.91 km²的典型黑土区的坡耕地作为研究样地。按横纵100 m间隔共采集101个样点,运用地理信息系统和地统计学相结合的方法研究分析0~15 cm土层有机质空间变异及其与土壤侵蚀的关系。结果表明：位于典型黑土区样地的有机质含量集中在3%~5%范围内,均值为4.13%,高于黑龙江省的有机质平均水平。有机质含量空间变异明显,且主要受土壤侵蚀的影响：高侵蚀区对应低有机质区,中度侵蚀区对应中等有机质区,沉积区对应高有机质区。顺坡种植平均坡度2.2°时,每侵蚀1 000 t/km²土壤,有机质含量降低0.8%。土壤有机质空间变异可采用球状模型表达,自相关明显,进一步表明土壤侵蚀导致的再分布。对比分析确定200 m采样间距能够能准确表达该区表层有机质含量的空间特征,为精准施肥提供了采样依据。     

长江上游紫色土坡耕地土壤侵蚀~(137)Cs示踪法研究

运用1 37Cs示踪法对长江上游“长治”水土保持工程重点治理区的云贵高原区、川中丘陵区和三峡库区 8块紫色土坡耕地土壤侵蚀速率研究结果表明 ,影响紫色土坡耕地平均侵蚀速率的主要因子为坡度、坡长、降雨量和土壤粒度组成 ,四个研究区土壤平均侵蚀速率介于 75 8t km2 ·a- 1 ～ 985 4t km2 ·a- 1 ,计算值与长江上游类似地区径流试验场观测值基本一致。     

基于地形指数的砒砂岩黄土区土壤侵蚀分析

地形是土壤侵蚀进程的重要控制因子,在土壤侵蚀评价中发挥着重要作用。基于地形起伏表达构建了地形指数,结合降雨侵蚀力和植被盖度等建立了基于地形指数的土壤侵蚀方程,并分析了内蒙古自治区鄂尔多斯市北部十大孔兑砒砂岩黄土区1985—2018年土壤侵蚀时空变化特征。结果表明：（1）研究区多年土壤侵蚀模数整体有下降趋势但变化差异不显著（P>0.05）,多年平均侵蚀模数为22.34 t·hm^-2·a^-1。1985年土壤侵蚀模数最大,2000年土壤侵蚀模数最小,1985—2000年呈下降趋势,2000—2018年呈上升趋势;（2）多年平均土壤侵蚀面积为2 956.07 km²,1985年土壤侵蚀面积最大,为4 047.14 km²,占总面积比例83%;2000年土壤侵蚀面积最小,为2 153.67 km²,占比44%。研究区1985—2000年以轻度、中度侵蚀强度类型为主,2000—2018年以微度、轻度侵蚀类型为主;（3）多年土壤侵蚀空间分布格局基本一致,土壤侵蚀综合指数由西至东增加,总体上呈现为东部侵蚀大于西部的特点,母哈尔沟土壤侵蚀综合指数最大,毛卜拉孔兑最小;（4）地形指数土壤侵蚀方程与通用土壤流失方程在土壤侵蚀模数和土壤侵蚀面积估算上均无显著差异（P>0.05）。     

太行山淇河流域2000-2015年土壤侵蚀和水源供给变化研究

山地生态系统的土壤侵蚀和水源供给变化对评估区域生态环境质量有重要意义。基于2000-2015年四期土地利用数据,借助InVEST模型对淇河流域近16年间山地生态系统的土壤侵蚀和水源供给变化进行评估。结果表明：① 研究区主要土地利用类型为耕地、草地和林地,共占流域总面积的90%以上。近16年间淇河流域的耕地面积显著减少,草地和水域面积大幅增加,建设用地扩张明显。② 平均土壤侵蚀模数显著降低,2000年土壤侵蚀模数为154.27 t/（hm²·a）,2015年减少到32.09 t/（hm²·a）;强度侵蚀、极强侵蚀和剧烈侵蚀由9.03%、12.19%和25.96%分别减少到7.17%、6.36%和4.21%,微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀由24.31%、16.96%和11.57%增加到41.89%、27.71%和12.68%;退耕还林、还草措施优化了土地利用格局,促进植被恢复,对治理土壤侵蚀起到了显著效果。③ 水源供给量整体呈现先增加后减少的趋势,2005年达到峰值（1.79亿m³）。相邻两期水源供给量增减变化不一,2000-2005年水源供给量增加的面积大于减少的面积,其水源供给的量值也呈增加趋势,水源供给能力整体增强;而2005-2010年、2010-2015年的水源供给能力随之减弱,其中,2010-2015年水源供给减少的较小;林地和草地面积的增加造成水源供给量降低,土壤水源涵养能力增强。土壤侵蚀和水源供给是山地生态脆弱性响应的重要指标,制定合理的水土保持措施对增强山区生态系统的服务能力具有重要意义。